Assessment of radon manifestation at hydrothermal deposits of the Bystrinsky district, Kamchatka

Full Text

Введение

По некоторым оценкам 80% (около 160 источников) лечебных термальных и минеральных вод России находятся на Камчатском полуострове. На сегодняшний день основная санаторно-курортная зона Камчатского края развивается в непосредственной близости (до 100 км) от г. Петропавловск-Камчатский и г. Елизово и испытывает большую антропогенную нагрузку, например, в долине р. Паратунка, где находятся десятки баз отдыха, санатории и профилактории, Начикинский санаторий на базе одноименного месторождения геотермальных вод, а также “Озерки” на Кеткинском месторождении и др. [11].

Вместе с тем многие термоминеральные источники, обладающие уникальными бальнеологическими свойствами, расположены именно в экологически чистых отдаленных районах Камчатского полуострова и пока недостаточно изучены. Один из таких районов, обладающий большим рекреационным потенциалом, — Быстринский муниципальный район [22].

Природно-климатические условия Камчатки относительно благоприятные, особенно в центральной части Камчатского полуострова, где преобладает континентальный климат. С этой позиции, Быстринский район Камчатского края обладает несомненными преимуществами для развития санаторно-курортных объектов. К ним относятся нетронутая природа, чистый воздух и вода, наличие длительно сохраняющегося снежного покрова (горнолыжные курорты), отсутствие загрязняющих производственных объектов.

На территории Быстринской геотермальной провинции находятся три населенных пункта, где с 1980-х годов разрабатываются гидротермальные месторождения^{1 2}: с. Эссо — административный центр (Эссовское месторождение), с. Анавгай (Анавгайское месторождение) и п. Горный ключ (Быстринское месторождение), расположенные в центре полуострова на расстоянии около 530 км (по трассе) от г. Петропавловск-Камчатский. Также имеется ряд гидротермопроявлений в виде источников (труднодоступных и пока неосвоенных): Опалькинские, Крерукские, Оксинские, Апапельские, Агликичские и др. Схема расположения источников Быстринской геотермальной провинции приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема расположения геотермальных источников Быстринской геотермальной провинции Камчатского края.

Как правило, исследования термопроявлений данного района были направлены на получение данных о тепловых ресурсах [5] с целью их использования для теплоснабжения. В этом отношении разбуренные геотермальные месторождения Анавгайское, Быстринское и Эссовское, используемые в основном для отопления, изучены достаточно хорошо³, однако этих данных крайне мало, чтобы говорить об экологическом воздействии и бальнеологическом использовании геотермальной воды.

Краткое описание разведанных месторождений

Климат района, где разведаны геотермальные месторождения, — умеренно-континентальный, характеризуется малоснежной морозной зимой и относительно теплым летом, что связано с удаленностью от Охотского моря и Тихого океана и наличием горных хребтов, защищающих район от ветров. В данном районе сосредоточены множественные выходы гидротермальных источников со схожими характеристиками, что позволило ранее отнести эту группу источников к Эссовско-Быстринской гидротермальной системе (ГТС). Общая характеристика Эссовско-Быстринской ГТС была приведена в отчете Ю.Ф. Манухина⁴. Эссовско-Быстринская ГТС — гидрогеологическая структура орогенного происхождения, связана с линейным телескопическим грабеном. До глубины 405 м грабен сложен преимущественно неогеновыми вулканогенными породами. ГТС связана с наложенной тектоногенной системой, имеющей несколько очагов разгрузки. Область циркуляции гидротерм до глубины 250–300 м находится выше уровня моря. Очаги разгрузки — продуктивные участки, тяготеют к II надпойменной террасе левобережья р. Быстрая. Эссовско-Быстринская гидротермальная провинция характеризуется трещинно-жильным типом коллекторов в пределах межгорного артезианского бассейна долины р. Быстрая и ее притоков (см. рис. 1).

По составу растворенных газов термальные воды вышеперечисленных месторождений относятся к азотным гидротермам, так как газ в основном состоит из азота (по данным отчетов о результатах геологоразведочных раработ на месторождениях, см. сноски 1–4), воды относятся к нейтральным и слабощелочным (рН Анавгайского месторождения — 6.9–8.6, Эссовского — до 9.1 и Быстринского — 7.5–8.6). По химическому составу воды этих месторождений сульфатные кальциево-натриевые, близки между собой по составу и минерализации (например, для Быстринского месторождения, имеющего самую большую минерализацию, формула химического состава $\text{М }2.3\frac{{\text{SO}}_{4}52\text{\hspace{0.33em}Cl}46}{\text{Na}64\text{ Ca}35}$.

Минерализация вод: Анавгайское — 1.48– 1.92 г/дм³; Быстринское — 2.2–2.6 г/дм³, жесткость — 12.0–14.9 мг·экв/дм³; Эссовское месторождение — 0.9–1.0 г/дм³, жесткость — 9.5–13.2 мг·экв/дм³. Для минералогического состава термальных вод характерно высокое содержание кремниевой кислоты (например, Эссовское месторождение — 46.5–72 мг/дм³) и микрокомпонентов, [мг/дм³]: фтор (1.2–3.2), литий (0.1–1.7), метаборная кислота (0.8–6.0) и мышьяк (0.05–0.23). Следует отметить, что содержание токсических компонентов мышьяка и метаборной кислоты в термальной воде вышеперечисленных месторождений местами превышает ПДК (0.05 и 0.5 мг/дм³ соответственно), вместе с тем они успешно применяются при лечении различных заболеваний [19, 20].

По температуре воды месторождений относятся к высоко- (Анавгайское — 82°С и Эссовское — 78°С) и среднепотенциальным (Быстринское — 48°С).

В составе спонтанного газа месторождений в основном содержится азот, [% об.]: Анавгайское — 95–98, Быстринское — 96.4–99.6. и Эссовское — 95–98.9. Остальные компоненты представлены в незначительной концентрации, например, в газах Анавгайского месторождения содержатся кислород до 1.53%, метан — 0.04–0.16% и инертные газы: аргон (0.26–1.24%) и гелий (0.0186–0.0350%); сероводорода очень мало (0.03%). В составе газа Эссовского месторождения сероводород не обнаружен, а кислород содержится в значительно меньших количествах — 0.0228–0.0684% об., метан — 0.113–0.144 % об., а инертные газы на уровне Анавгайского месторождения: аргон (1.275–1.527 % об.) и гелий (0.0186–0.0350 % об.). Углекислота и водород в составе свободного газа лишь отмечаются, их содержание не превышает точности определений.

В Отчете Асауловой Н.П., Ворожейкина Л.А. и др. (см. сноску 3) приведены сведения о микрокомпонентах Анавгайского месторождения, [мг/дм³]: наибольшую концентрацию имел стронций — 1.15–1.83, затем барий 0.16–0.18 и титан 0.08–0.17, в незначительных количествах — молибден, марганец, ванадий, хром, медь, скандий, бериллий, свинец, иттрий, цирконий и серебро, менее 0.01. В рассмотренных отчетах (см. сноски 1–3) не встречается упоминание о наличии радона в пробах газа и воды на месторождениях.

В настоящее время с учетом потребности в санаторно-курортном лечении (в том числе реабилитации военнослужащих), переориентации развития на внутренний туризм создание на территории Быстринского муниципального района Камчатского края санаторно-лечебно-туристского центра особенно актуально. Создание опорных центров санаторно-курортного лечения на базе геотермальных месторождений было предложено еще в Отчете⁴. Одним из преимуществ комплексного использования бальнеологических вод является наличие в рассматриваемом районе необходимых возобновляемых энергетических ресурсов для строительства и эксплуатации перспективных объектов бальнеологии: теплоэнергетических — геотермальные воды, гидроэнергетических — перспективные малые ГЭС на реках Быстрая и Кававля, а также наличие ветровых и солнечных энергоресурсов.

Близким аналогом гидротермальных вод Быстринской геотермальной провинции по ГОСТ считаются питьевые лечебно-столовые воды Угличского типа [7, 21], отличие состоит в повышенных концентрациях мышьяка и бора в некоторых скважинах, поэтому применение вод Быстринской гидротермальной провинции должно быть ограничено лечебным назначением. Согласно заключению Отчета⁵, воды могут использоваться для лечения сердечно-сосудистой, костно-мышечной, нервной систем и кожи.

Цель исследования

Учитывая минерализацию и газовый состав, характерный для вод глубинного происхождения, автор настоящей работы предположил, что в водах и газах геотермальных месторождений Быстринского района может содержаться радон, который имеет глубинное происхождение и поднимается по разломам в земной коре. К одной из важных задач гидрогеологических исследований с позиции экологии и бальнеологии относится поиск источников, имеющих концентрацию радона, превышающую 185 Бк/л⁶.

Таким образом, цель предпринятых исследований — обнаружение радона в эксплуатационных скважинах вышеперечисленных месторождений Быстринского района с оценкой его концентрации, воздействия на экологию района и возможности использования в бальнеологии.

Материал и методы исследования

Литературных источников, посвященных изучению радона в источниках на Камчатке, в целом немного. В одной из первых публикаций А.М. Чиркова [18] описано наличие радона в некоторых выходах высокотермальных вод на Камчатке, в которых радон в спонтанных газах содержится в сотнях эман (E). Приведены данные исследований следующих источников: Узонские (30–94°С) — 1000 E (3710 Бк/л); Паужетские (47–100°С) — 650 E (2412 Бк/л); Большие Банные (40–98°С) — 650 E (2412 Бк/л); Киреунские (63–98°С) — 485 E (1799 Бк/л); Кошелевские (35–90°С) — 180 E (668 Бк/л); Начикинские (75–80°C) — 80 E (297 Бк/л); Налачевские (68–70°С) — 8 E (30 Бк/л). Для сравнения, например, в подземных водах Байкальского региона концентрация радона варьирует от 0 до 4862 Бк/л [17]. В работе [2] приведены результаты исследований радиоактивных элементов в твердых вулканитах и газах из вулканов и гидротерм Курил и Камчатки, в том числе радона: в фумарольных газах из кратера вулкана Мутновский объемная активность радона составляла 27500 Бк/м³, на Апапельских источниках приведены данные по содержанию радия (источника радона) в количестве до 0.024% равновесного ²³⁸U, который в форме радиобарита концентрировался на участке оруденения Au–Ag. Изменение содержания радона в газах и водах (выделяющихся из фумарол, скважин или почвенных газов) применяется для прогноза извержений, землетрясений и в других научных и прикладных областях.

Радоновые источники согласно бальнеологической классификации минеральных вод, предложенной В.В. Ивановым и Г.А. Невраевым [4], отнесены к группе VI, а согласно другой классификации [9] — к группе Е (воды радоновые). В Отчете Петрова М.А. и др. (см. сноску 5) геотермальные источники Быстринского района: Эссовские, Уксичанские, Анавгайские, Быстринские, отнесены к группе VIIа — кремнисто-азотные источники. Какого-либо упоминания о наличии в них радона не имелось.

По классификации к радоновым водам отнесены те, в которых содержание радона не менее 50 Е (185.5 Бк/л), для примера, минимальная лечебная норма составляет, [Бк/л]: в Германии — 6885, в Чехии — 1192, в Польше - 375, во Франции — 370, а в Венгрии — 3 [15]. Таким образом, для бальнеологии граница радоновых вод довольно условна, так как необходимая интенсивность воздействия может регулироваться временем контакта с радоном. Например, согласно исследованиям [14], наиболее эффективным для лечения больных коксартрозом и гонартрозом является курс из 12 посещений радонового эманатория длительностью по 60 мин с концентрацией (активностью) радона в воздухе 150 Бк/л и температурой воздуха 35–37°С.

Для курортов бывшего СССР содержание радона в природных водах колеблется от 30–40 Е (111.3–148.4 Бк/л) — Цхалтубо; до 3000 Е (11130 Бк/л) — Джети-Отуз; 5000 Е (6290 Бк/л) — Пятигорск. В Западной Сибири курорт Белокуриха в Алтайском крае (в среднем активность радоновой воды в радонолечебнице санатория “Алтай-Вест” составляет 177±13 Бк/л [1]), в Алтайском крае есть Заельцовские источники (Rn 240 Бк/дм³), в Восточной Сибири в Красноярском крае — Тумнин, в Бурятии — Нилова Пустынь, в Еврейской автономной области — Кульдур и др.

На потенциальную возможность радонопроявлений на геотермальных месторождениях в Быстринском районе указывала карта России, на которой показаны зоны повышенной опасности радона [10]. Согласно этой карте поселки Эссо, Анавгай, Горный ключ (Быстринское месторождение) [22] находятся на границе радоноопасной территории (т.е. радон может как быть, так и отсутствовать). Несмотря на то, что с позиции гидрологии месторождения достаточно хорошо исследованы, какого-либо упоминания о радоне на месторождениях в гидрогеологических отчетах⁷ не имеется.

Существует множество методов определения радона (эманационный, трековый, радиографии, фильтров и т.п. [12]), подробно описанные в [23]. В настоящей работе использовался простой метод измерения радона, вместе с тем имеющий достаточную точность измерения для целей данного исследования [6], основанный на поглощении (адсорбции) радона углем в пробе, размещенной непосредственно на объекте исследований. Измерения на угле проводились с помощью комплекса по бета- и гамма-излучению дочерних продуктов распада радона — ²¹⁴Bi и ²¹⁴Pb. Методика измерения плотности потока радона (ППР) и объемной активности радона (ОАР) комплекса “Камера-01” подробно описана в [6].

Схемы поселков Быстринского района и расположение эксплуатационных скважин, где были проведены отборы проб на радон, представлены на рис. 2.

Рис. 2. Схема расположения эксплуатационных скважин на геотермальных месторождениях: а – Анавгайском (с. Анавгай), б — Эссовском (с. Эссо), в - Быстринском (пос. Горный ключ). Шаг сетки — 250 м.

Поскольку в верхней части оголовка скважин находится свободное пространство, заполняющееся попутным газом, была предпринята попытка отбора газа в батарею до пяти последовательно соединенных сорбционных колонок (СК-13). Для этого на оголовках эксплуатационных скважин были проведены врезки шаровых кранов ½″ для отбора газа. Отбор газа на сорбционные колонки осуществлялся непосредственно с верхней части оголовка скважины (схема отбора приведена на рис. 3).

Рис. 3. Схема отбора проб газа с последовательно соединенными СК-13: 1 — оголовок скважины; 2 — шаровый кран отбора; 3 — регулирующий вентиль; 4 — влагоотделитель; 5 — батарея из СК-13; 6 — измеритель расхода газа объемным методом.

Общий объем воздуха (газа), прокачиваемого через последовательно соединенные сорбционные колонки, согласно методике НТЦ “НИТОН”, ограничен абсорбционной емкостью активированного угля, которая зависит от марки угля, влажности воздуха и скорости прокачки воздуха через СК-13.

Согласно исследованиям, проведенным в [8], выявлено, что при расходе воздуха менее 0.5– 0.6 л/мин практически весь радон поглощается объемом активированного угля абсорбера. Эксперименты по отбору газа с оголовка скважин проводились так, чтобы объемный расход не превышал этих значений (за редким исключением, когда использовались батареи последовательно включенных СК-13).

Вместе с тем, согласно методике НТЦ “НИТОН”, коэффициент проскока К_пр радона через СК-13 при условиях и параметрах пробоотбора не превышает 10%. Расход отбираемого газа измерялся с помощью объемного метода через наполнение газом перевернутой емкости, заполненной водой, время фиксировалось секундомером. “Проскок” радона после первой СК-13 улавливался в последующих камерах. По результатам измерений в зависимости от расхода и концентрации практически весь радон задерживался в первых двух (максимум четырех) камерах, таким образом, оставшиеся камеры выполняли роль контрольных. Пересчет суммарной объемной активности радона в пробе газа проводился по формуле:

$\text{C}=538\cdot \left(\text{Ck}1+\text{Ck}2+\text{Ck}3+\text{Ck}4+\text{Ck}5\right)\times$

$\times \text{\hspace{0.33em}exp}\left(0.00755\cdot \text{T}\right)/\left({\text{t}}_{\text{отб}}\text{/}60\right),$ (1)

где Ck1…5 — объемная активность радона в угле в последовательных сорбционных камерах; Т — время, прошедшее с момента отбора газа на оголовке скважины до обработки результатов, час; t_отб — время отбора газа, с; 0.00755 — постоянная распада радона, 1/ч.

В лабораторных условиях измерения активности радона, абсорбированного в угле, для каждой СК-13 выполнялись по методике [6] на измерительных каналах комплекса “Камера 01”.

Время отбора проб на оголовке скважин составляло от 16 до 73 с. Максимальное время измерения на комплексе, согласно методике, выбиралось в процессе обработки данных программой “Радон98” до момента, при котором значения и погрешность расчетов практически не изменялись во времени.

Суммарная объемная активность радона в газе определялась по формуле методики [13] с учетом временного фактора:

$\text{Q}=\text{A}\cdot \text{exp}(0.0075\cdot \text{Тп}$)/(G · t(1 – К_пр), (2)

где A — суммарная активность радона в камере на угле по окончании отбора проб, Бк; Tп — время, прошедшее с окончания взятия пробы до проведения измерений на комплексе, ч; G — объемный средний расход газа, м³/с; 0.00755 — постоянная распада радона, 1/ч; t — время отбора пробы газа на СК-13, с; К_пр — коэффициент проскока (согласно [6] принимался равным 0.1).

Предварительно на месторождениях проводились замеры фоновой радиации дозиметром QUANTUM/006-02497. Непосредственно рядом с местами пробоотбора измерения показали невысокий, естественный, характерный для данной местности фоновый уровень радиации — 13–18 мкР/ч.

Результаты исследования и их обсуждение

Поскольку информации в литературных источниках по плотности потока радона на геотермальных месторождениях Быстринского района не обнаружено, были проведены предварительные замеры ППР и объемной активности радона в подвалах некоторых частных домов и гаражей с. Эссо, около скважин Э-2 Анавгайского и Быстринского месторождения (п. Горный ключ). Места установки НК-32 для оценки значений ППР выбирались в непосредственной близости от скважин, но за пределами площади бетонирования оголовка (~1 м), а также а расстоянии 100–250 м от скважин, чтобы исключить возможное влияние предполагаемых потоков радона вблизи скважин.

В некоторых местах на месторождениях были обнаружены достаточно высокие значения ППР, превышающие норму (допустимый уровень ППР с поверхности грунта на участках строительства зданий производственного назначения составляет 250 мБк/(м^2.с), а для жилых зданий — 80 мБк/(м^2.с)) (ОСПОРБ-99/2010). В других местах на месторождениях показания ППР соответствовали очень низким уровням 0–7мБк/(м^2.с), например, около скв. Э-2 ППР — 7 мБк/(м^2.с), возле скв. 5 Быстринского месторождения ППР — 5 мБк/(м^2.с) (см. рис. 2а, в). Все это говорит о неравномерности распределения радона на месторождениях.

Кроме того, измерялась ОАР в некоторых подвалах зданий. В одном из подвалов с. Эссо ее максимальные значения достигали 200–416 Бк/м³.

В дальнейшем необходимо проведение более детальной радоновой съемки. В представленном же материале основное внимание уделено экспериментальному обнаружению радона в попутных газах на оголовках действующих эксплуатационных скважин Анавгайского, Быстринского и Эссовского месторождений.

С учетом того, что химический состав воды на каждом месторождении относительно однороден, пробы термальной воды были отобраны выборочно с одной из скважин каждого месторождения (результаты приведены в табл. 1 и 2).

Таблица 1. Химический состав термальной воды на эксплуатационных скважинах геотермальных месторождений: Анавгайское, Быстринское, Эссовское

*Определения выполнены на спектрометре атомно-эмиссионном с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000 (протокол № 250 от 19.02.2024 г.) Лаборатория НИГТЦ ДВО РАН.

Таблица 2. Микрокомпонентный состав воды месторождений Быстринской гидротермальной системы*

*К протоколу № 251-253 Методика анализа М-02-1109-08, прибор — ICPE-9000. Погрешность результатов измерений не превышает допустимую. Лаборатория НИГТЦ ДВО РАН.

Количественное содержание химических элементов определяли с помощью эмиссионного спектрометра параллельного действия с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9000 (“Shimadzu”, Япония), Методика М-02-1109-08 “Определение металлов в питьевой, минеральной, природной, сточной воде и в атмосферных осадках методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с помощью спектрометра ICPE-9000”.

Содержание калия и натрия определяли с использованием атомно-абсорбционного спектрометра АА-7000 (“Shimadzu”, Япония); кальция, магния, хлорид- и сульфат-ионов — титриметрическим методом; кремниевой кислоты, нитрат- и нитрит-ионов — фотоколориметрически; рН измеряли с использованием рН-метра рН-150МИ (“Измерительная техника”, Россия). Номера методик указаны во второй графе протокола (см. табл. 1). Схема расположения точек измерения плотности потока радона на Быстринском месторождении показана на рис. 4.

Рис. 4. Схема расположения точек измерения ППР на Быстринском месторождении (номер соответствует номеру камеры СК-13 в табл. 2). Темный прямоугольник слева — термальный бассейн.

Предварительные измерения ППР на Быстринском месторождении (см. рис. 2в) подтвердили предположение о наличии устойчивого потока радона, максимальное значение было установлено в крытом бассейне — “купальне”⁸. Накопительные камеры НК-32 № 129, 138 размещались в “купальне” и устанавливались на специальный поплавок, который свободно плавал по поверхности воды. Измерения проводились также и в других местах месторождения с поверхности почвы, в том числе возле скважин, где ППР была незначительной. Результаты измерений ППР на Быстринском месторождении и координаты точек отбора приведены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты измерения плотности потока радона с поверхности грунта на участке около “купальни” Быстринского геотермального месторождения (пос. Горный ключ)

На втором этапе исследований проводились замеры ОАР в попутном газе на оголовках скважин. Отбор проб газа производился с верхней части оголовков всех эксплуатационных скважин Эссовского (скв. 7, 8, 13, 16, 20, 41–44), Анавгайского (скв. Э-2) и Быстринского месторождений (скв. 5, 28) (см. рис. 2). Исследовались только эксплуатационные скважины, работающие в режиме самоизлива. Обработка результатов показала наличие радона в попутных газах во всех опробованных скважинах. К сожалению, не удалось провести отбор газа на скв. 16, 41, 44 Эссовского месторождения и скв. 5 Быстринского месторождения из-за отсутствия газовой фазы на их оголовках, что связано, по-видимому, с конструктивными особенностями этих скважин и, возможно, с режимом эксплуатации.

Результаты измерений активности радона по Анавгайской скв. Э-2, и Быстринской скв. 28 приведены в табл. 4. Расход газа составлял 2 л/мин, время отбора — 60 с. Измерения проводились 09.02.2024 г. Данные, приведенные в табл. 4, подтверждают выводы работы [8], при выбранных условиях эксперимента практически 99% радона улавливаются в первой по ходу газов СК-13.

Таблица 4. Результаты измерения активности радона в пробах угля сорбционных камер в скв. Э-2 Анавгайского и скв. 28 Быстринского геотермальных месторождений

В табл. 5 и на рис. 5 приведены данные по измерениям активности радона на Эссовском месторождении. Какой-либо зависимости распределения активности радона в эксплуатационных скважинах от химического состава вод, глубины и других условий не обнаружено.

Рис. 5. Активность радона в угле сорбционных камер (СК-13 измерительного комплекса “Камера 01”) по скважинам Эссовского геотермального месторождения.

Таблица 5. Результаты измерения активности радона в пробах угля сорбционных камер (СК) в скважинах Эссовского геотермального месторождения

Примечание: на каждой скважине использовалось по 5 последовательно соединенных сорбционных колонок, колонки, где активность радона не обнаружена — в таблице не приведены.

Отметим, что на Камчатке в ксенолитах и вулканических породах относительно малое содержание (ниже кларковых значений) материнского урана ²³⁸U, из которого образуется дочерний изотоп радий ²²⁶Ra, являющийся источником радона ²²²Rn. Но вместе с тем в газах источников и фумаролах содержатся достаточно высокие концентрации радона [3, 18], что само по себе необычно. Предполагается, что радон образуется в эманирующем коллекторе радия, поскольку глубина образования и условия возникновения такого коллектора аналогичны с гидротермальными месторождениями: температура ~150°С и, по оценке [2], глубина, измеряемая сотнями метров. Учитывая, что исследуемые месторождения имеют температуру ниже (75–85°С), предполагаемая глубина образования эманирующих коллекторов, по-видимому, может достигать нескольких километров, и, как следствие, значения ОАР ниже зафиксированных в фумарольных газах и высокотемпературных геотермальных источниках Узонских. Паужетских, Больше-Банных, Киреунских и т.п. [18].

Растворимость радона в жидкостях определяется температурой (t) и подчиняется закону Генри, коэффициент растворимости α_р:

α_р = 0.106 + 0.405 ехр (–0.05t). (3)

При этом α_р зависит также от содержания солей в геотермальной воде, причем с ростом солесодержания коэффициент растворимости уменьшается. Данная закономерность распределения радона отмечена в [14], α_р в основном зависит от химического состава и температуры воды и не зависит от происхождения газовой фазы и давления газа. В соответствии с уравнением (3), при характерной температуре воды на гидротермальных месторождениях Быстринского района большая часть радона должна находиться в попутном газе (на Эссовском месторождении при 75°С коэффициент растворимости радона в воде должен составлять 0.116, на Анавгайском при 82°С — 0.113, на Быстринском при 46°С — 0.15. Таким образом, следует ожидать значение ОАР, растворенного в термальной воде скважин, незначительным, что при использовании попутного газа позволит, предположительно, отнести данные гидротермальные месторождения к группе вод очень слаборадоновые (185–750 Бк/л) по классификации [7].

Наличие радона в скважинах гидротермальных месторождений Быстринского района открывает большие перспективы развития курортной базы в данном регионе. Радон при наружном контакте с кожей человека оказывает сильный бальнеологический эффект, даже если концентрация его незначительна. Радон имеет малый период полураспада (3.82 сут), вследствие чего относительно быстро выводится из организма (период полувыведения ~0.5 ч). Альфа-излучение в небольших дозах стимулирует процессы регенерации в клетках и органах человека [16]. Радонотерапия способствует лечению суставов, переломов и прочих травм. Воспалительные процессы подавляются, болевые ощущения снижаются, увеличивается подвижность суставов [14]; радон способствует восстановлению хрящевой ткани, тогда как многие лекарства производят противоположный эффект. Лечение радоном рекомендовано страдающим остеопорозом, так как при этом активизируется обмен кальция в костной ткани. Немаловажно, что радоновые процедуры обладают относительно длительным воздействием, так как стимулируют иммунную систему, а медикаментозные препараты обладают кратковременным эффектом.

Следует отметить, что бальнеологическое влияние на организм определяет не только концентрация радона, а и совокупные факторы: температура воды, химический состав (см. табл. 1, 2), наличие других газов и т.п. Для месторождений Быстринского района требуется дальнейшее детальное исследование влияния на организм человека элементного состава геотермального флюида в сочетании с радоном.

В то же время радон обладает канцерогенным эффектом, поэтому необходимо более глубокое изучение распределения радона на Эссовском, Анавгайском и Быстринском месторождениях с целью выявления мест с ППР, превышающей нормативные значения для участков строящихся общественных и жилых зданий (80 мБк/м²с) и производственных зданий (250 мБк/м²с), а при превышении данных значений при строительстве (в том числе и курортной инфраструктуры) необходимо проведение радонозащитных мероприятий.

Поскольку в системы отопления домов с. Эссо, с. Анавгай и пос. Горный ключ подается непосредственно геотермальная вода, часть радона (помимо поступления из почвы в подвалы домов) поступает по трубопроводам в дома, что также требует проведения отдельного мониторинга, комплексной оценки потоков радона и разработки (при необходимости) защитных мероприятий.

Теоретически, исходя из закона Генри (3), следует ожидать низкую концентрацию радона в геотермальной воде. Из-за отсутствия прибора для измерения радона в воде не проводились натурные исследования содержания радона непосредственно в жидкой фазе, это перспективное направление дальнейших исследований.

Кроме того, мониторинг радона в скважинах геотермальных месторождений открывает перспективы отслеживания изменений его концентрации для прогноза извержений вулканов и землетрясений.

Выводы

Изучение экологии геотермальной провинции Быстринского района Камчатского края выявило наличие радона в попутном газе большей части эксплуатационных скважин на гидротермальных месторождениях Эссовское, Анавгайское, Быстринское. Измерения активности радона проводились с помощью комплекса “КАМЕРА-01. Измеренная активность радона на угле сорбционной колонки (от 0.06 до 233 Бк). Какой-либо закономерности влияния различных факторов на проявления радона в скважинах пока не установлено.

В результате исследований сделан предварительный вывод, что геотермальные месторождения Быстринской гидротермальной системы можно отнести к источникам группы VI (радоновые) по классификации [11] (очень слаборадоновые).

Результаты выполненных исследований показывают необходимость дальнейшего целенаправленного изучения месторождений и разработки рекомендаций для снижения экологического воздействия на экосистему и открывают перспективы создания курортно-санаторных комплексов в Быстринском районе Камчатского края.

¹ Ерохин М.Н., Манухин Ю.Ф., Мальцева К.И., Воронкова Л.М. Сводный отчет о результатах разведочных работ на Эссовском геотермальном месторождении, проведенных в 1969-1982г.г. (с подсчетом эксплуатационных запасов по состоянию на 03.1982 г.) (в трех томах). Камчатское промысловое управление по использованию глубинного тепла земли, г. Петропавловск-Камчатский, 1982. Т. 1. 316 с. https://rfgf.ru/catalog/docview.php?did=9362533b595f26b67f6b0b41f8e4f1a4

² Мальцев В.В., Забарный Г.Н., Махалкин Ю.Л. и др. Сводный отчет о результатах разведочных работ на Анавгайском геотермальном месторождении, проведенных в 1969-1984 гг. (с подсчетом эксплуатационных запасов по состоянию на июнь1984 г.) (в двух томах), Камчатское управление по использованию глубинного тепла земли, г. Петропавловск-Камчатский, 1987. Т. 1. 258 с. https://rfgf.ru/catalog/docview.php?did=23d24fb6d280d6dc4b9db695eca027b9&ysclid=m1ugtfc68m812216964

³ Асаулова Н.П., Ворожейкина Л.А. и др. Отчет о результатах геологоразведочных работ и опытно-промышленной разработке Быстринского геотермального месторождения за период 1970-2008 гг. п. Термальный, ГУП “Камчатскбургеотермия”. 2008. 202 с. https://rfgf.ru/catalog/docview.php?did=3e1d988b5f60994d7aeaa9b495659ec3&ysclid=m1t67d68o1496894970

⁴ Манухин Ю.Ф., Ворожейкина Л.А. Типы промышленных месторождений термоминеральных вод и природного пара вулканических районов Камчатки и геолого-экономические предпосылки их освоения, 1974-77 гг., п. Термальный. Камчатское ГУ, 1977. 373 с., инв. №364638.

⁵ Петров М.А., Кобылинский В.И., Котельникова Т.К. Отчет о результатах специализированных гидрогеологических работ по оценке перспектив Камчатской области на минеральные воды (1987–1991 гг.). ПГГЭ. пос. Термальный, 1991. Инв. 5503. https://www.rfgf.ru/catalog/docview.php?did=79d6767f0bc7138fa021104c4744b25c

⁶ Беккерель (Бк, Bq — единица активности нуклида в радиоактивном источнике (в системе СИ один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радионуклида).

⁷ Барбашинов Г.А., Борисов Н.В. и др. Отчет по результатам гидрогеологической съемки масштаба 1 : 200 000 территории листа O-57-XXXIV, проведенной в 1982–1984 гг. ПГГЭ. пос. Термальный, 1984. https://rfgf.ru/catalog/docview.php?did=02ce0c8381ec4e225203e41bd734ea43

⁸ Крытая “купальня” — железобетонный короб, глубина источника 0.7 м (размеры водной поверхности, огражденной коробом 1.97 × 3.57 м), со дна источника выходят струи горячей воды, содержащие небольшое количество газа. Измерения температуры термальной воды на глубине 0.15 м от поверхности дна показали значения 45.9–46.2^°С. Измерения температуры были произведены термометром Testo 925 Testo AG Germany 0560.9250/ с зондом.

About the authors

V. A. Kudryashov

Author for correspondence.
Email: vladimirkudryasho@yandex.ru
Russian Federation, Severo-Vostochnoe shosse 30, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683002

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Layout of geothermal sources in the Bystrinskaya geothermal province of Kamchatka Krai.

Download (631KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Layout of production wells at geothermal fields: a - Anavgay (Anavgay village), b - Essovskoye (Esso village), c - Bystrinsky (Gorny Klyuch settlement). Grid step is 250 m.

Download (459KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Layout of gas sampling with series-connected SK-13: 1 - wellhead; 2 - sampling ball valve; 3 - control valve; 4 - moisture separator; 5 - battery of SK-13; 6 - gas flow meter using the volumetric method.

Download (60KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Layout of PPR measurement points at the Bystrinsky field (the number corresponds to the SK-13 chamber number in Table 2). The dark rectangle on the left is a thermal pool.

Download (574KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Radon activity in the coal of sorption chambers (SK-13 of the measuring complex “Chamber 01”) in the wells of the Essovskoye geothermal field.

Download (169KB)

Indexing metadata